一种利用自驱动Janus颗粒测定过氧化氢浓度的方法与流程

本发明属于过氧化氢监测领域，具体涉及一种水样中过氧化氢的检测方法，尤其涉及一种利用自驱动janus颗粒测定过氧化氢浓度的方法。

背景技术：

过氧化氢作为一种重要的化工产品，兼具漂白、氧化和消毒等多种功效。其在纺织行业、化工行业、造纸工业、环保行业、电子行业、食品卫生行业及其他领域得到广泛的应用。所以对过氧化氢的测定对于这些领域具有非常重要的意义。现在检测h2o2主要采用的手段有荧光法、化学发光法、光谱法和滴定法。其中，碘量法是工厂中广泛用于检测漂白过程中过氧化氢含量的方法，该方法操作简单，但灵敏度较低，干扰因素多，且终点色变不明显。近年来，基于酶的直接电化学的检测方法得到了迅速地发展。但是，酶必须在特定的条件下才具有催化活性，另外，酶价格较高且易失活变性，从而限制了该方法的广泛使用。所以有必要去研究一种更加方便且更加稳定、不受外界因素干扰的技术用于过氧化氢的检测。

技术实现要素：

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种利用自驱动光散射技术测定过氧化氢浓度的方法，解决现有的检测手段灵敏度低、易受外界因素干扰的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种利用自驱动janus颗粒测定过氧化氢浓度的方法，将自驱动janus颗粒悬浮液与过氧化氢溶液混合，通过测量混合液中自驱动janus颗粒的扩散系数来测定过氧化氢的浓度。

进一步的，具体包括：

步骤1：将自驱动janus颗粒悬浮液的浓度与体积定量，测量该浓度和体积下自驱动janus颗粒悬浮液在不同浓度的过氧化氢溶液中的扩散系数，获得过氧化氢浓度与自驱动janus颗粒扩散系数的关系；

步骤2：将未知浓度的过氧化氢溶液与步骤1中的自驱动janus颗粒悬浮液混合，测量得到混合液中自驱动janus颗粒的扩散系数，通过步骤1获得的过氧化氢浓度与自驱动janus颗粒扩散系数的关系，得到过氧化氢的浓度。

进一步的，所述的步骤1和步骤2中：将自驱动janus颗粒悬浮液进行超声、离心处理，取得上层清液，将上层清液与过氧化氢溶液混合。

进一步的，所述的自驱动janus颗粒悬浮液中自驱动janus颗粒的浓度为9.6g/l～22.0g/l。

进一步的，利用动态光散射技术测量混合液中自驱动janus颗粒的扩散系数。

进一步的，所述的自驱动janus颗粒为pt-sio2型janus颗粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明核心体系是janus颗粒的自驱动性，janus颗粒从过氧化氢溶液中获得驱动力，过氧化氢浓度越高，其扩散系数越大，利用自驱动光散射技术作为辅助测试工具测量的到janus颗粒的扩散系数，再通过janus颗粒的扩散系数与过氧化氢的关系模型，得到过氧化氢的浓度。

(2)本发明的测定方法快捷，稳定性好，不受其他干扰因素的影响，测量结果具有很好的准确度与精确度。

附图说明

图1为自驱动janus颗粒在不同浓度的过氧化氢中散射光强的时间自相关函数曲线。

图2为测量2.0％过氧化氢时，正常颗粒与受到大气生产与泡破裂影响的自相关函数曲线。

图3为测量3.0％过氧化氢中，正常颗粒与受到活性较差颗粒或团聚颗粒影响的自相关函数曲线。

图4为1μm自驱动janus颗粒在不同浓度过氧化氢中的扩散系数。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明的自驱动janus颗粒可以利用环境中的“燃料”(溶液中的待测污染物)进行非对称的物理或化学反应，从而在自身周围形成浓度、电场或光强等物理场的巨大梯度，利用该梯度造成的非对称动量分布可以使得颗粒进行自主运动,即自驱动。本发明利用了自驱动janus颗粒的自驱动以及janus颗粒自驱动时其扩散系数与过氧化氢浓度之间高度灵敏的依赖关系，通过测量自驱动janus颗粒在过氧化氢中的扩散系数，进而得到过氧化氢的浓度。

本发明通过将自驱动janus颗粒悬浮液与过氧化氢溶液混合得到混合液，通过测量混合液中自驱动janus颗粒的扩散系数来测定过氧化氢的浓度，具体步骤包括：

步骤1：将自驱动janus颗粒悬浮液的浓度与体积定量，测量该浓度和体积下自驱动janus颗粒悬浮液在不同浓度的过氧化氢溶液中的扩散系数，获得过氧化氢浓度与自驱动janus颗粒扩散系数的关系；

步骤2：将未知浓度的过氧化氢溶液与步骤1中的自驱动janus颗粒悬浮液混合，测量得到混合液中自驱动janus颗粒的扩散系数，通过步骤1获得的过氧化氢浓度与自驱动janus颗粒扩散系数的关系，得到过氧化氢的浓度。

优选的，自驱动janus颗粒悬浮液中自驱动janus颗粒的浓度为9.6g/l～22.0g/l。

优选的，将自驱动janus颗粒悬浮液进行超声、离心处理，使得团聚的janus颗粒分散开来，取得上层清液，将上层清液与过氧化氢溶液混合。

本发明的自驱动janus颗粒为pt-sio2型janus颗粒；本发明的pt-sio2型janus颗粒悬浮液的制备过程包括：

对硅片进行表面改性，将sio2微球均匀地滴在硅片上，旋转硅片使得sio2微球均匀铺展，自然挥发一段时间后得到紧密排布的sio2微球单层结构；然后，在sio2微球表面蒸镀pt层，获得了所需要的pt-sio2型janus颗粒；将pt-sio2型janus颗粒加入水中，得到pt-sio2型janus颗粒悬浮液。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1

将硅片置于等离子清洗机中进行表面改性，将标称直径为φ1μmsio2微球水溶液均匀地滴在硅片上，将硅片置于匀胶机上并旋转使得微球均匀铺展，自然挥发一段时间后得到紧密排布的sio2微球单层结构；之后，利用电子束蒸发镀膜工艺在sio2微球表面蒸镀约5nm厚的pt层，这样就获得了所需要的pt-sio2型janus颗粒。

从硅片上刮取12cm²的janus颗粒到玻璃瓶中，加入2200μl超纯水到玻璃瓶中得到pt-sio2型janus颗粒悬浮液。由超声仪对janus颗粒悬浮液超声3min以解团聚，而后由离心机进行离心，取上清液，即得到所需的pt-sio2型janus颗粒悬浮液。

实施例2

分别配置浓度为0％、2.0％、4.0％、6.0％的过氧化氢溶液，分别取550μl实施例1制得的janus颗粒悬浮液与这四种浓度的过氧化氢溶液在样品池中等体积混合，混合液中过氧化氢的浓度分别为0％、1.0％、2.0％、3.0％。采用多角度动态/静态激光光散射仪(型号为nanozs90)测量四种混合液中pt-sio2型janus颗粒的扩散系数。测量多次取平均值得到一组数据，每个样品共测得多组数据。最终得到过氧化氢浓度与pt-sio2型janus颗粒扩散系数的关系方程为：y＝0.0249x+0.3919，其中，y表示pt-sio2型janus颗粒在过氧化氢中的扩散系数，x表示过氧化氢的浓度，如图4所示。

本实施例在数据的选取过程中，遵从如下选取原则：理论上，随着过氧化氢浓度的增加，在相同延迟时间下，随着过氧化氢浓度的增加，其自相关系数减小。如图1所示为自驱动janus颗粒在过氧化氢浓度0％、1.0％、2.0％、3.0％的混合液中的自相关函数曲线，图中，横坐标表示延迟时间，纵坐标表示自相关系数。从图中可以看出在相同延迟时间时，随着过氧化氢浓度的增加，其自相关系数减小。此外，在实验过程中因为光散射信号与自驱动janus颗粒半径的六次方成正比，故实验中产生的大气泡将会影响实验结果。在dls中，大气泡的生产将会影响其自相关函数曲线，因此可以通过分析其自相关函数曲线排除受影响的数据。如图2中圆点曲线所示，因为在测试过程中大气泡稳定地存在，使得janus颗粒的自驱动引起的光强波动相对减小，在相同延迟时间下，其自相关系数大于正方形点线表示的正常颗粒的自相关系数，且相关系数衰减到0需要更长的时间。测得该组的扩散系数偏小。故在数据分析时舍去。如图2中三角点曲线所示，在测试过程中，因为大气泡的破裂使散射光强变化加快，在相同延迟时间下自相关系数远小于正常颗粒的自相关系数。故在数据分析时舍去。此外，在测量过程中，仍存在少量的团聚的janus颗粒，由于团聚影响了自驱动janus颗粒的自驱动性，若在测量过程中，其出现在光束照射区域内，使得光强波动变小，使得在相同延迟时间下，其自相关系数大于正常活性的自驱动janus颗粒的自相关系数。如图3所示，圆点线为正常活性自驱动janus颗粒在3.0％过氧化氢中的自相关函数曲线，正方形点线为团聚颗粒的自相关函数曲线，从图中可以看出在相同延迟时间下，其自相关系数大于正常活性janus颗粒的自相关系数，在分析数据是舍去。

实施例3

针对某种过氧化氢溶液(已知浓度为8.0％)，取550μl过氧化氢溶液与550μl实施例1制得的pt-sio2型janus颗粒悬浮液在样品池中混合，则混合液中过氧化氢的浓度为4.0％。采用多角度动态/静态激光光散射仪(型号为nanozs90)测量混合液中pt-sio2型janus颗粒的扩散系数。测得janus颗粒的扩散系数为0.483，通过实施例2获得的扩散系数和过氧化氢浓度的关系方程得到过氧化氢溶液的浓度为3.7％。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于：混合液中的过氧化氢溶液为5.0％。

测得janus颗粒的扩散系数为0.51，通过janus颗粒的扩散系数和过氧化氢浓度的关系方程得到过氧化氢溶液的浓度为4.7％。

从上述实施例中可以得出，本发明方法测得的过氧化氢浓度与相对于实际的过氧化氢浓度较为接近。